Localização e navegação em ambientes com disrupção de sinal GNSS usando unidades inerciais, odometria e outros sensores

• Main Author: Barata, Tomás dos Santos
• Publication Date: 2024
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.26/53143
• topic: Filtro de Kalman; Fusão Sensorial; Navegação Inercial; Odome tria; Resiliência PNT; Sistema Global de Navegação por Satélite

Os Sistemas Globais de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS) providenciaram um aumento significativo do rigor e disponibilidade de dados de Posicionamento, Navegação e Tempo (PNT), no entanto, esta vantagem expôs também vulnerabilidades nas infraestruturas críticas, pela dependência destes sistemas. A emergência dos veículos autónomos potencia ainda mais a criticidade desta dependência, em particular em cenários militares onde é fundamental dispor de dados de navegação e posição robustos e resilientes. Este estudo apresenta uma via para aumentar a resiliência dos sistemas PNT, através da implementação de fusão sensorial utilizando um Filtro de Kalman Estendido (Extended Kalman Filter, EKF). Explora-se, também, a importância dos dados PNT em cenários de Navigation Warfare (NAVWAR). É apresentada uma visão abrangente dos sensores relevantes. Os princípios dos Filtros de Kalman são abordados com detalhe. O trabalho desenvolvido na dissertação envolve a integração de um conjunto de sensores num veículo terrestre não tripulado (Unmanned Ground Vehicle, UGV) incorporando um recetor GNSS e um Sistema de Posicionamento Indoor (IPS) ba seado em beacons para complementar os sensores já existentes, Unidade de Medida Inercial (Inertail Measurement Unit, IMU) e encoders para as rodas. São desen volvidos modelos cinemáticos e dinâmicos, juntamente com modelos dos sensores para IMU, odometria, GNSS e IPS. O estudo centra-se na implementação de EKFs para fusão sensorial. Adquiriram-se múltiplos conjuntos de dados em ambiente interior e exterior, resultantes de diversos ensaios reais com o UGV. Subsequentemente, realizou-se uma análise qualitativa e crítica dos resultados obtidos. Este trabalho, alinhado com um grupo de trabalho da NATO, contribui para o avanço de soluções PNT robustas e resilientes para sistemas autónomos que operam em ambientes de disrupção de sinal GNSS. As conclusões e os resultados do desempenho da fusão sensorial são apresentados nos capítulos finais da dissertação.